光催化反應(yīng)器中光輻射場與光催化表面反應(yīng)數(shù)值模擬.pdf

1、光催化氣體凈化技術(shù)作為一種新的室內(nèi)污染物控制手段，因其擁有巨大的應(yīng)用前景而被認為是一種可能替代傳統(tǒng)污染物控制手段的技術(shù)。目前該技術(shù)的實際商業(yè)化應(yīng)用已處在起步階段。光催化反應(yīng)器是光催化氣體凈化技術(shù)的主要設(shè)備，對光催化反應(yīng)器內(nèi)光源輻射場、光催化反應(yīng)過程和流體力學(xué)行為進行深入研究，可以為光催化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供理論指導(dǎo)。本論文分別以平板光催化反應(yīng)器、環(huán)形柱狀光催化反應(yīng)器和蜂窩整體式光催化反應(yīng)器為研究對象，采用計算流體力學(xué)方法對這三種典型

2、的光催化反應(yīng)器分別進行了系統(tǒng)研究，主要研究內(nèi)容包含以下幾個方面：
　　首先以結(jié)構(gòu)較為簡單的平板光催化反應(yīng)器為研究對象，模擬研究了平板光催化反應(yīng)器中光催化降解過程，初步證明了采用計算流體力學(xué)方法模擬研究光催化反應(yīng)過程的可行性，闡明了平板光催化反應(yīng)器數(shù)值模擬的一般模型和方法，為本論文的后續(xù)研究工作奠定了基礎(chǔ)。
　　其次以環(huán)形柱狀光催化反應(yīng)器為研究對象，對于反應(yīng)器內(nèi)光強分布場的研究，分別考察了包含與不包含石英套管反射與折射、反應(yīng)器

3、外壁面反射對反應(yīng)器內(nèi)光強分布的影響。對于光催化降解反應(yīng)，分別考察了反應(yīng)器不同長度、不同入口流速對降解三氯乙烯的影響，并與實驗值進行了比較，驗證了模擬方法的可行性，進而為后續(xù)環(huán)形反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計奠定基礎(chǔ)。
　　在上述環(huán)形光催化反應(yīng)器模擬方法的基礎(chǔ)上，研究了不同的反應(yīng)器構(gòu)造和設(shè)計對于反應(yīng)器性能的影響。有關(guān)反應(yīng)器的構(gòu)造和設(shè)計主要涉及以下三方面內(nèi)容：不同反應(yīng)器進出口相對位置，環(huán)形寬度和引入增強流體流動擾動的單元組件(墊片)。研究表明反

4、應(yīng)器入口平行流、薄的環(huán)形寬度和增加傳質(zhì)增強單元組件對于環(huán)形反應(yīng)器的性能均有顯著提高。
　　最后對蜂窩整體式光催化反應(yīng)器進行了模擬研究。本論文提出了一種針對蜂窩光催化反應(yīng)器的計算流體力學(xué)模擬方法，通過對輻射傳遞方程進行合理簡化，并引入新的模型參數(shù)-通道壁面吸收系數(shù)-模擬蜂窩通道內(nèi)的局部UV通量。隨后將光輻射場模擬結(jié)果引入到反應(yīng)器內(nèi)甲醛的光催化降解過程模擬中，進而實現(xiàn)全尺度蜂窩光催化反應(yīng)器內(nèi)光催化過程的模擬。然后在此模擬方法的基礎(chǔ)上，

5、對蜂窩光催化反應(yīng)器優(yōu)化設(shè)計進行了系統(tǒng)的研究。分別研究了幾個反應(yīng)器無因次幾何設(shè)計參數(shù)(α、β和γ)對于蜂窩結(jié)構(gòu)單元側(cè)面上的“無因次光輻照強度分布均勻性(η)”，“蜂窩通道光子吸收效率(φ)”和“蜂窩總效率(Ф=φη)”的影響。最后得出：當UV燈管長度與蜂窩單元高度近似相等時(α=1.0~1.1)，蜂窩總效率(Ф)取得最大值；并歸納得出了最優(yōu)的燈管到蜂窩結(jié)構(gòu)單元距離(βoptimum)與燈管數(shù)目(γ)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式。
　　本論文通過